濕式雙離合自動變速器轉速傳感器的診斷調試

李明

西安雙特智能傳動有限公司 陜西西安 710119

隨著汽車的發展和控制技術的日新月異，用來監控和檢測各個系統運動狀態的傳感器也日漸成熟，并在汽車上廣泛應用。

濕式雙離合變速器（簡稱DCT）作為市場主流的變速器產品，在變速器內部安裝有油溫傳感器、位置傳感器、壓力傳感器以及轉速傳感器。其中油溫傳感器、位置傳感器、壓力傳感器為模擬傳感器，轉速傳感器為脈沖傳感器，使用這些傳感器監控變速器中部件的運行。在變速器運行過程中，轉速傳感器具有重要作用。變速器控制器（簡稱TCU）可對轉速傳感器進行實時控制和診斷，保證變速器安全可靠的情況下運行。

朱倩等[1]介紹了霍爾傳感器在變速器中的工作原理和工作方式以及測量方法，重點說明與TCU匹配處理信號的方式和與TCU硬件連接方式；馬培義等[2]基于V形開發流程介紹離合器溫度診斷和處理要求，分析了雙離合器自動變速器離合器溫度診斷和處理系統應該具備的功能，并設計了實現這些功能的控制策略，建立了離合器溫度診斷和處理系統模型，并利用Targetlink工具生成的代碼與底層接口函數進行集成、編譯、刷寫到TCU中，并用CANape進行調試測試滿足要求；王祺明等[3]介紹節氣門踏板信號診斷和處理要求，分析了雙離合器自動變速器離合器節氣門踏板信號診斷和處理系統應該具備的功能，并設計了實現這些功能的控制策略，使用HIL硬件在環測試驗證該離合器診斷和處理程序功能正確；轉速傳感器是重要的部件，需要對轉速傳感器進行診斷。

變速器轉速傳感器故障也均有相應的診斷技術，有助于提高變速器轉速傳感器故障診斷準確率，提高故障處理效果，標定工程師整車上進行標定工作，使整車在性能上達到預期要求。DCT轉速傳感器的診斷方法及處理方法可以作為指導判斷軸轉速傳感器故障的依據以及針對相應故障的處理措施，確保雙離合器自動變速器的正常工作，提高安全性能。

本文的重點是DCT 轉速傳感器故障診斷和診斷策略驗證，故文章在闡述汽車轉速傳感器的原理和診斷故障需求之后，對于變速器轉速傳感器故障及其診斷方法的控制策略進行了研究，并實際在整車中模擬復現故障，驗證診斷的策略邏輯。

轉速傳感器在DCT中工作環境

轉速傳感器通過在變速器中采集輸入軸的轉速信號，測量變速器運行過程中相關部件的工作狀態，并轉為自動變速器控制單元（TCU) 可處理的電信號。轉速傳感器具有結構簡單、體積小、無觸點、可靠性高、溫度性能好、壽命長及耐沖擊等優點[4]，適用于運行環境多變的自動變速器中。軸轉速信號對濕式DCT控制和安全性起著重要的作用。

DCT變速器包含電子控制模塊和液壓執行模塊，雙離合器根據軟件的控制，在液壓執行模塊的驅動下進行結合和釋放，完成變速器中轉速流的傳遞：發動機飛輪→離合器→變速器輸入軸→變速器輸出軸→差速器→半軸→車輪。

在D C T中，發動機將輸入轉速從飛輪傳到離合器，離合器連接輸入軸1和輸入軸2，再通過撥叉掛入響應擋位最終將轉速傳到車輪。轉速傳感器感應面對應在輸入軸1和輸入軸2固定連接的感應輪齒而固定在殼體上。變速器的工作極限溫度為-40～150℃，轉速傳感器應具有在該溫度下正常工作的特性。

轉速傳感器診斷需求分析

轉速傳感器診斷及處理需求分析見表1。

表1 轉速傳感器診斷及處理需求

根據上述需求，可以概括出轉速傳感器診斷及處理方法，如圖1所示。

圖1 轉速傳感器診斷及處理流程

1）轉速傳感器工作正常，采集數據值正常且合理，轉速傳感器無故障

2）當測量到轉速傳感器引出針腳信號線電壓對供電線路電壓等于8V，此時為對電短路故障。

3）當測量到轉速傳感器引出針腳信號線電壓對GND電壓等于0V，此時為對地短路故障。

4）當測量到轉速傳感器引出針腳信號線與供電線路的電壓等于8V且引出針腳信號線電壓對GND電壓等于0V，此時測量針腳信號線與供電線路的電阻為很大值，為開路故障。

5）當傳感器無硬件故障時，如果軸轉速的變化梯度很大，為了保護軸而設定一個最大梯度值，為轉速變化梯度過大故障。

6）當傳感器無硬件故障時，如果軸轉速很大，為了保護軸設定一個最大轉速值，為轉速超過最大值故障。

7）當傳感器無硬件故障時，如果軸轉速在測量過程中不符合設定的要求，此時為不匹配故障。

軟件架構

根據以上描述的診斷需求，設計軟件處理信號過程架構如圖2所示。

圖2 軟件處理信號過程

其中：

1）信號輸入：包含傳感器采集的原始信號。

2）信號處理：將采集信號轉換為TCU控制信號。

3）信號診斷：通過閾值判斷來判斷是否觸發故障模式。

4）故障處理：根據診斷需求對故障做出處理，作出替代策略。

5）信號輸出：對外輸出信號，使變速器按照需求既定的狀態運行。

傳感器的信號經過輸入→處理→診斷→輸出的過程，完成對傳感器的診斷過程，確保傳感器可以正常工作。

故障診斷功能策略設計

本文主要對轉速傳感器的診斷和處理關鍵控制策略進行介紹。

當變速器突然有電氣故障時，檢測到的底層傳感器信號與底層值對比報出相應的電氣故障。當沒有電氣故障變速器正常工作時，檢測轉速傳感器的轉速信號在限定的時間內，檢測轉速傳感器的故障，并根據檢測到的轉速傳感器的故障將轉速傳感器的故障報出。

1）輸入軸傳感器對電短路故障診斷邏輯如圖3所示。

圖3 電短路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號輸入控制單元，通過采集的信號值與控制器控制常量中對電短路故障的值相等時，就會報出對電短路的故障，輸出診斷信號。當采集的信號值與底層中對電短路故障的值不相等時，即不存在對電短路故障。

2）輸入軸傳感器對地短路故障診斷邏輯如圖4所示。

圖4 對地短路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號輸入控制單元，當采集的信號值與控制器控制常量中對地短路故障的值相等時，就會報出對地短路的故障，輸出診斷信號。當采集的信號值與底層中對地短路故障的值不相等時，即不存在對地短路故障。

3）輸入軸傳感器開路故障診斷邏輯如圖5所示。

圖5 開路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號輸入控制單元，當采集的信號值與控制器控制常量中開路故障的值相等時，就會報出開路的故障，輸出診斷信號。當采集的信號值與底層中開路故障的值不相等時，即不存在開路故障。

4）輸入軸傳感器轉速過大診斷邏輯如圖6所示。

圖6 轉速過大診斷邏輯

采集信號輸入控制單元，將信號轉換為控制單元內部信號，信號的值的大小與輸入軸最大軸速診斷的閾值進行比較，通常這個閾值可以標定。標定設置一個合理的數值，一方面可以保證硬件安全，另一方面可以正常滿足駕駛需求。當采集信號值大于標定量所限制的最大值時，此時應該判斷為輸入軸轉速過高的故障，將故障進行輸出，報出故障。當軸速小于標定量時不觸發此故障。

5）輸入軸傳感器轉速變化梯度過大故障診斷邏輯如圖7所示。

圖7 轉速變化梯度過大故障診斷邏輯

采集信號輸入控制單元，將信號轉換為控制單元內部信號，通過信號計算出輸入軸轉速變換梯度值后對這個變換梯度進行閾值診斷，通常這個閾值是可以標定的。當采集信號值大于標定量所限制的最大值時，且超過限定時間此時應該判斷為輸入軸轉速變換梯度過大的故障，并將故障進行輸出，報出故障。當軸速小于標定量時不觸發此故障。

6）輸入軸傳感器轉速不匹配故障診斷邏輯如圖8所示。

圖8 轉速不匹配故障診斷邏輯

采集信號輸入控制單元，將信號轉換為控制單元內部信號，對于輸入軸1的轉速信號要與輸入軸2的轉速、輸出軸轉速以及車輛車速信號進行匹配。如果計算的數值之間存在偏差且不能夠忽略（偏差值可以通過標定控制），超過診斷時間后就判斷為輸入軸轉速不匹配故障，對故障進行處理后輸出故障信號。如果一切正常，則不報故障。

根據軟件架構和功能策略，使用M A T L A B和simulink完成模型設計，輸出滿足測試要求的仿真模型；使用targetlink工具將simulink模型轉化生成代碼完成a2l的文件，在編譯環境下編譯可執行的s19文件；利用刷寫工具將s19刷入整車TCU后即可在整車進行調試和測試。

診斷過程實車驗證

為了驗證模型控制策略，利用Canape進行整車數據采集。在軟件中集成上述的診斷需求的邏輯判斷，生成控制軟件以及標定數據刷入整車中進行驗證。驗證過程可以通過斷路盒人為制造一些硬件故障，如對電短路、對地短路和開路，通過連接采集測試用開發型TCU控制器的信號來驗證是否會報出對電短路，對地短路以及開路故障等故障。

具體操作方法為：將TCU控制器與整車之間加裝斷路盒，斷路盒具備所有變速器內部電氣元件的針腳，通過對照元件針腳定義表確定針腳的具體定義。測試時通過將針腳對電短接、對地短接和拔掉針腳，來制造對電短路、對地短路和開路的故障。對于轉速過高、轉速變化梯度過大和轉速不匹配等故障可以通過人為更改標定閾值來更容易地制造故障，驗證是否會依據邏輯報出故障。

使用測試的實車為某款試驗車，動力匹配裝備濕式6DCT變速器，使用開發型TCU控制器，可以實時采集TCU內部數據也可以實時進行調試。采集設備為CanapeVN1640A，在Canape軟件中加入與刷入TCU的S19數據匹配的a2l即可開始采集和調試。通過診斷DCT變速器中輸入軸1的轉速傳感器來驗證診斷是否有效，并且報出故障作出措施。

1.診斷轉速傳感器對電短路實車測試采集

使用Canape 連接車輛TCU進行數據采集，車輛正常。對轉速傳感器的對電短路進行故障觸發，需要將TCU斷路盒的對應輸入軸1轉速傳感器引腳端與供電端短接，短接后，采集信號可以看出，此時顯示故障代碼1937，即為對電短路故障。此時進入故障模式，故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時擋位只能處于偶數軸擋位上，通過人為制造對電短路故障驗證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報出故障碼執行故障策略。

2.診斷轉速傳感器對地短路實車測試采集

對轉速傳感器的對地短路進行故障觸發，需要將TCU斷路盒的對應輸入軸1轉速傳感器引腳端與GND端短接。短接后，采集信號可以看出，在將轉速傳感器的引線接到GND時，此時就會報出故障代碼5911，即為對地短路故障，此時進入故障模式，故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時檔位只能處于偶數軸擋位上，通過人為制造對地短路故障驗證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報出故障碼執行故障策略。

3.診斷轉速傳感器開路實車測試采集

對轉速傳感器的開路故障進行故障觸發，需要將TCU斷路盒的對應輸入軸1轉速傳感器引腳端拔掉，造成斷點。采集信號可以看出，在將轉速傳感器的針腳拔掉，造成接點斷路，此時就會報出故障代碼5912，即為開路故障，此時進入故障模式，故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時擋位只能處于偶數軸擋位上，通過人為制造開路故障驗證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報出故障碼執行故障策略。

4.輸入軸傳感器轉速過大診斷邏輯實車測試采集

使用Canape采集信號中可以看出，在開始時修改診斷的閾值，將值調至2000使故障更容易觸發，當輸入軸轉速隨著發動機轉速開始提升至2000r/min時，此時TCU檢測到輸入軸轉高于診斷的設定值，報出故障代碼6066，即為報出轉速過高故障。此時進入故障模式，故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時擋位只能處于偶數軸擋位上。通過人為模擬故障條件驗證診斷邏輯。

5.輸入軸傳感器轉速變化梯度過大實車測試采集

使用Canape采集信號中可以看出，在開始時修改診斷的閾值，將值調至10使故障更容易觸發。當輸入軸轉速隨著駕駛開始變化時，當出現比設定閾值大的變化率時，此時TCU檢測到輸入軸轉速變化率高于診斷的設定值，報出故障代碼5914，即為轉速變化率過高故障。此時進入故障模式，故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1軸失效，此時擋位只能處于偶數軸擋位上。通過人為模擬故障條件驗證診斷邏輯。

6.診斷輸入軸傳感器轉速不匹配故障實車測試采集

使用Canape采集信號中可以看出，在開始時修改標定量，使觸發故障條件更容易滿足。當輸入軸轉速隨著駕駛開始變化時，當TCU檢測到輸入軸1轉速與輸入軸 2轉速和輸入軸1轉速與輸出軸轉速出現錯誤時報出故障代碼1938，即為輸入軸1轉速傳感器不匹配故障，進入故障模式。故障表現為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時擋位只能處于偶數軸擋位上。

結語

本文通過對轉速傳感器診斷的需求，分析滿足該要求控制程序需要滿足的功能，并設計相應的控制策略，依據此功能策略軟件刷寫到TCU中。同時開放標定參數，用Canape 標定工具對控制程序進行調試，并進行故障模擬采集，經對測試結果的分析，驗證該轉速傳感器的診斷和處理程序功能正確，能夠應用到整車軟件功能中。